VALORACIÓN ENERGÉTICA Y DISEÑO ÓPTIMO DE IMPULSIONES CON CAUDAL VARIABLE

Transcripción

1 VALORACIÓ RGÉTICA Y DISÑO ÓPTIMO D IMPULSIOS CO CAUDAL VARIABL R. López, J. Reca,. Camacho, J. Roldá y M. Alcade Depaameo de Fíca Aplcada. Uvedad de Códoba Depaamedo de Agoomía. Uvedad de Códoba RSUM: ese abao se pesea ua meodología paa la valoacó eegéca de esacoes de bombeo que abasece caudales vaables. l caudal mpulsado se caaceza como vaable esocáca medae su fucó de dedad. Dada la dfculad de cooce dcha fucó e la ealdad cuado o exse afoadoes, se debeá ema medae la adopcó de hpóes acoales. Las hpóes de Cléme se ha usado paa caaceza dcha fucó de dedad asocada al caudal dbudo e zoas egables a la demada. Caacezado el caudal, se deema el cosumo eegéco a pa del coocmeo de las cuvas caaceícas (alua-caudal y poeca-caudal de cada uo de los mpulsoes. La meodología peseada peme la evaluacó de cualque sema de bombeo eedo e cuea la vaabldad del caudal. ITRODUCCIÓ La valoacó eegéca y el dmeoameo de semas de mpuló e gades zoas de ego se ha vedo ealzado adcoalmee eedo e cuea el fucoameo del sema paa el peíodo de máxmo cosumo. S embago, e el caso de que los caudales de bombeo sea vaables se poduce u eo e la emacó del cose eegéco. ese abao se pesea u modelo de valoacó eegéca (dseño ópmo de semas de bombeo que ee e cuea la dbucó de caudales a lo lago de la campaña de egos y el escaloameo de los gupos moobomba. Dcha dbucó se ha obedo adopado las hpóes de Cléme. l dseño de semas de mpuló más habual e la pácca codea gupos de bombeo co velocdad fa. l escaloameo de los sucevos gupos popocoa los dfeees caudales solcados po la ed. Dos paes se puede dgu e ese abao. Po u lado se aa de caaceza la dbucó de caudales demadados po el sema de mpuló, adopado las hpóes de Cléme. sa meodología se puede ulza paa el dseño de semas de los que descoocemos la fucó de dbucó de caudal pemedo, po ao, deema co mayo exacud el cose eegéco del sema de mpuló. La oa pae lo couye la valoacó y el dseño ópmo de dcho sema de mpuló. Falmee, se aplca la meodología a la esolucó de ua aplcacó pácca. HIPÓTSIS D TRABAJO RIGO A LA DMADA Cléme (979 y Gaados (99 odueo ua see de hpóes que explcaba la ocueca de u ego a la demada. Dchas hpóes so las guees: Aículo ecbdo el 6 de Febeo de 995 y acepado paa su publcacó el 3 de Mazo de 995. Puede se emdas dscuoes sobe el aículo hasa ses meses después de la publcacó del msmo. el caso de se acepadas, las dscuoes seá publcadas couamee co la espuesa de los auoes e el pme úmeo de la evsa que apaezca ua vez ascudo el plazo dcado. Igeeía del Agua. Vol. um. (Abl 995 p. 9

2 IMPULSIOS CO CAUDAL VARIABL a l feómeo aleaoo del ego sólo adme dos esados de ocueca, que so: boca de ego abea, co pobabldad p, y boca de ego ceada, co pobabldad ( - p. ese caso, la fucó que descbe la pobabldad de que x bocas esé abeas se ausa a ua dbucó bomal dada po: x p(x p ( p x dode: úmeo de bocas oales. x úmeo de bocas abeas. x b S el úmeo de bocas es muy gade, la fucó de dbucó dada po la ecuacó ( se apoxma a ua fucó omal cuya meda vee dada po: µ d p y la vaaza po: σ dp (d dp dode: d doacó coespodee a la boca. p pobabldad de fucoameo de la boca. c La pobabldad de fucoameo es la msma paa el peíodo de hoas dspobles de ego e u día. OBTCIÓ D LA FUCIÓ D DISTRIBUCIÓ ASOCIADA AL CAUDAL D BOMBO UA ZOA RGABL Paa la obecó de la fucó de pobabldad asocada al caudal e oda la campaña de ego se dvde ésa e peíodos homogéeos (daos, deceales, mesuales, ec.. Cada uo de esos peíodos ee uas deemadas ecedades de ego que so coocdas e feoes a las ecedades del peíodo pua paa el que se ha dseñado el sema de mpuló. Po ao, las pobabldades de fucoameo del sema podá se dfeees e cada peíodo. Los paámeos de dseño del sema esablecdos po Cléme paa el peíodo pua so los guees: - Gado de lbead: GL co: ( ( (3 (4 empo dspoble paa ego. empo de ego e el peíodo pua. - Pobabldad de fucoameo: p GL co edmeo de la ed. S codeamos que es gual a, la ecuacó (5 se mplfca a: p (6 - Doacó de la boca : d q S GL edo: q caudal fcco couo. S supefce asocada a la boca. l caudal fcco couo se puede def como: q dode so las ecedades del mes pua. S suumos las ecuacoes (8 y (4 e la expeó (7: d S S Paa cualque oo peíodo de ego, el empo de ego e la boca se defe como: S ( d dode so las ecedades de ego e el peíodo. Suuyedo la ecuacó (9 e ( edemos: ( po lo que el empo de ego, paa cualque peíodo, es depedee de la supefce de la agupacó, eso es: L De la ecuacó ( se obee la guee elacó: ( La pobabldad de fucoameo e el peíodo se defe como: p (3 Relacoado la ecuacó (6 co la aeo esula: (5 (7 (8 (9 Igeeía del Agua. Vol. um. (Abl 995 p.

3 I MPULSIOS CO C AUDAL V ARIABL p p que, a su vez, se puede expesa como: p p La ecuacó (5 muesa la popocoaldad exsee ee las pobabldades de cada peíodo, los empos de ego y las ecedades del msmo. l caudal demadado paa cada peíodo se adapa ambé a fucoes de dbucó omal cuyas medas y vaazas se puede deema de la guee foma: µ d p Teedo e cuea (9 y (5 y mplfcado la ecuacó aeo: µ S p (4 (5 (6 (7 Como, p y so cosaes paa odas las agupacoes, (7 queda como: µ p S S T ST (8 dode S T es la supefce de ego oal. m úmeo de peíodos. T duacó oal campaña de ego. Como se ha codeado peíodos homogéeos (msma duacó, f( se obee como meda de f (. STIMACIÓ DL COST RGÉTICO PARA SISTMAS D IMPULSIÓ VARIABL La emacó del cose eegéco de u sema de mpuló equee el coocmeo de las cuvas caaceícas del sema y la caacezacó de las demadas. Cuvas caaceícas del sema Dadas las cuvas caaceícas de ua bomba: - Alua: H H( - Poeca: P P( Las cuvas caaceícas paa u sema de bombas e paalelo co fucoameo segú el caudal demadado y co uos umbales de caudal,,..., -, vee dado po la suma hozoal de sus cuvas caaceícas (ve Fgua. Como puede vese, la meda o depede de la dbucó supefcal de las agupacoes. La vaaza se puede obee de la guee foma: (p σ p d (p S p (p p La vaaza depede, po ao, de la dbucó supefcal de las agupacoes e la zoa egable. Ua vez coocdas las fucoes de dedad (f.d.d. asocadas al caudal e cada peíodo: f ( (µ la fucó de dedad asocada al caudal paa oda la campaña de ego se obedá de la guee maea: f( m σ f ( ( T edo: f( f.d.d. paa oda la campaña. ( duacó del peíodo. S (9 ( ( Fgua. Bombas e paalelo Aalícamee, las cuvas caaceícas paa el sema H s H s ( y P s P s ( se podá descb de la guee foma (Maax, 975: H( H(/ Hs( M H(/ P( P(/ Ps ( M P(/ [, [, [ [, [, [,, ( (3 Igeeía del Agua. Vol. um. (Abl 995 p.

4 I MPULSIOS CO C AUDAL V ARIABL Caacezacó de la demada La caacezacó de la demada como vaable aleaoa, ealzada medae su fucó de dedad (ecuacó ( del apaado aeo, peme esablece la gualdad: p [ q + d + d d f ( d f ( ξ d (4 T (co: ξ + d que, e modo dfeecal, expesa el hecho de que la pobabldad de ocueca del caudal compeddo e el evalo [, +d (Meye, 974 se puede deema como cocee ee el empo d de ocueca de dcho caudal y el empo T oal de fucoameo del sema. Deemacó del cose eegéco l cose eegéco C se puede evalua po: C η T P P ( d edo: P peco de la eegía (pa/w-h. η edmeo del moo. s (5 Teedo e cuea la expeó (4, (5 se podá expesa como: C η TP P ( f ( d egal que se descompoe e: TP C P( f ( d + K η K+ P( / f ( d + K K+ P( / f ( d s (6 (7 dode se ha edo e cuea que P S ( pesea dfeee defcó aalíca segú los evalos codeados e ( y (3. Acepado que la cuva caaceíca de poeca se puede ausa po ua paábola de segudo gado e la foma: P ( a + a + a (8 es medao esablece: P( / a + a + a (9 y, po ao, cada uo de los sumados de (7 se podá expesa del modo: P( / f ( d K K a + + f d K a a ( (3 K a [ F F( + a f ( d+ ( K K + a f ( d e la que F( es la fucó de dbucó asocada al caudal. Suuyedo el valo dado po (3 e la ecuacó (7 se obee: C PT a [ F( η F( f + K K + a ( d + K (3 K f ( + a Teedo e cuea que: d [ F ( F ( F ( F ( F ( (3 dado que: F( ; exemos, y que: F(, al se y sus valoes f ( d f ( d (33 edo el caudal medo, se obee: PT C a F( + a +K η K + a f ( d (34 Igeeía del Agua. Vol. um. (Abl 995 p.

5 IMPULSIOS CO CAUDAL VARIABL APLICACIÓ PRÁCTICA Se va a aplca la meodología expuesa al dseño de u sema de bombeo paa ua zoa egable a la demada, cuya aleava de culvos es la guee: - Algodó: % - Gasol: % - Remolacha: % - Tgo: % - Meló/sadía: % Agupacoes de ha 5 m 3 /s Agupacoes de ha 6 m 3 /s Obecó de pobabldades (p, medas y vaazas de las f.d.d. omales coespodees a cada deceo la Fgua 3 se epesea las f.d.d. de alguas deceas y la f.d.d. asocada a la dbucó de caudales paa oda la campaña, calculadas de acuedo a lo expesado aeomee. Deemacó de la fucó de dedad paa el caudal e la campaña de ego Las ecedades de ego de dcha aleava se ha deemado paa las codcoes clmácas medas del valle del Guadalquv e peíodos deceales (ve Fgua. Fgua 3. Fucoes de dedad Dseño ópmo del sema de bombeo Daos bácos Daos bácos Fgua. ecedades de ego La zoa egable ee las guees caaceícas: - Supefce de ego: 5 ha - Dbucó de agupacoes de ego: - de 5 ha - de ha - de ha - Paámeos de dseño: - ecedades peíodo pua: 75 m/decea - Tempo dspoble paa ego (: 6 hoas - Tempo de ego e el peíodo pua (: 8 hoas - Gado de lbead (/: - Redmeo ed: - Pobabldad (/: 5 - Caudal fcco couo 3 m 3 /s y ha - Doacoes: Oos daos de pada so los guees: - H 4 m.c.a. - máx 3.4 m 3 /h - T oal.88 h - T efec h (empo ecesao paa eleva el volume equedo, empe fucoase co el caudal máxmo. - P 8 pa/w-h - η 8 - Tasa de eés % - Vda úl 5 años Se dspoe del couo de cuvas caaceícas paa u caálogo comecal de bombas (ITUR, 99. leccó del sema de bombeo y valoacó eegéca l dseño se hace elgedo la combacó de gupos de bombeo que mmce la fucó: C a máx ( + ( P + P + P T P M B efec Agupacoes de 5 ha 3 m 3 /s Igeeía del Agua. Vol. um. (Abl 995 p. 3

6 I MPULSIOS CO C AUDAL V ARIABL empe que: H máx 4 m.c.a dode: a faco de amozacó. úmeo de bombas. P M peco del moo. P B peco del cuepo de bomba. P( poeca equeda po ua bomba e fucó del caudal. H( alua elevada po ua bomba e fucó del caudal. Lo que coespode a u méodo cláco de dmeoado, es dec, codeado u úco puo de fucoameo e la cuva caaceíca. La combacó ecoada, segú ese méodo cláco, fue la compuesa po cuao gupos co cuepo de bomba 5/4 co odee de 38 mm, a.45.p.m. y poeca omal de 5 C.V. Dcha combacó, evaluada segú la ueva meodología, coduce a los guees coses: C A.4.6 pa/año C pa/año C T C A + C pa/año Meas que evaluado y dseñado, co la meodología peseada e ese abao, la combacó más favoable se obuvo co ocho gupos co cuepo 5/4 co odee de 397 mm, a.45.p.m. y poeca omal de C.V., dado luga a los guees coses: C A pa/año C pa/año C T.5.37 pa/año Como se puede ve, el cose de la solucó ecoada co la ueva meodología epesea el 66% del que se obee paa la solucó ecoada po el méodo cláco, lo que supoe u mpoae ahoo. DISCUSIÓ Y COCLUSIOS La meodología que se expoe paa la geeacó de la fucó de dedad, a pa de las hpóes de Cléme, pesea como veaa el hecho de ee e cuea la evolucó empoal de las ecedades. o obsae, adolece de las msmas caecas, ecoocdas ya, de dchas hpóes, ee las que desaca el hecho de o ee e cuea e la deemacó de las pobabldades el efeco de coceacó de las demadas e deemados momeos de la oada de ego, debdo a la dfeecacó e la afcacó hoaa, o be el de o ee e cuea el compoameo dfeecal ee días fevos o laboables. o obsae, e el dseño de egadíos dode o exse expeeca que haga peve el compoameo de los egaes, las hpóes de Cléme ha mosado se de suma uldad. La meodología peseada es meoable e el sedo de que la fucó de dedad asocada al caudal debea, e muchos casos, desglosase e fucó del peco hoao de la eegía y codea esos pecos e luga de u peco medo. cuao a la evaluacó del sema de mpuló cabe señala como veaa más apecable el ee e cuea la vaabldad e el caudal demadado duae oda la campaña. s po ello que la evaluacó, y po ao el dseño y opmzacó, se ealza de u modo más apoxmado que el ofecdo po las meodologías "adcoales" basadas e u úco puo de fucoameo de los mpulsoes. Además, esa meodología es aplcable a cualque caacezacó empíca de la fucó de demada que puede hacese e semas eales. BIBLIOGRAFÍA Cléme, R. y Galad (979 Igao pa aspeo e éseaux collecfs de dbuo sous peso. doal yolles. Gaados, A. ( 99 Ifaesucua de egadíos: edes colecvas de ego a peó ( a edcó..t.s. de Igeeos de Camos, Caales y Pueos, Uvedad Polécca de Madd. ITUR (99 Caálogo comecal de bombas. López Luque, R. (99 Opmzacó de semas de mpuló y dbucó de agua paa ego, Regos y Deaes XXI. 5:9-33. Maax, C. (975 Tubomáquas hdáulcas. ICAI. Meye, P.L. (974 Ioducoy pobably ad sacal aplcaos. Addso-Wesley Publshg Compay, Readg, Massachusses. Udad Docee Mecáca de Fludos (99 Cuso de geeía hdáulca aplcada a los semas de dbucó de agua. Uvedad Polécca de Valeca. Igeeía del Agua. Vol. um. (Abl 995 p. 4